Python从0到100（五）：Python分支结构和循环结构

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一、分支结构：

Python中的分支结构和循环结构是编写程序时常用的控制结构。在Python中，分支结构通过if、elif和else关键字来实现条件判断。在使用if语句时，程序会根据条件表达式的真假执行相应的代码块。

if condition1:
    # 如果条件1为真，则执行这里的代码
elif condition2:
    # 如果条件1为假，条件2为真，则执行这里的代码
else:
    # 如果以上条件都不满足，则执行这里的代码

1.if语句的使用

在Python中，要构造分支结构可以使用if、elif和else关键字。所谓关键字就是有特殊含义的单词，像if和else就是专门用于构造分支结构的关键字，很显然你不能够使用它作为变量名。下面的例子中演示了如何构造一个分支结构。

username = input('请输入用户名: ')
password = input('请输入口令: ')
# 用户名是admin且密码是123456则身份验证成功否则身份验证失败
if username == 'admin' and password == '123456':
    print('身份验证成功!')
else:
    print('身份验证失败!')

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1.1if 语句

if语句是最简单的条件判断语句，它可以控制程序的执行流程。

 if 判断条件:
        满足条件时要做的事情1…
        满足条件时要做的事情2…
        ...(省略)...
        满足条件时要做的事情n…

1.2if-else语句

 if 条件:
        满足条件时要做的事情1
        满足条件时要做的事情2
        ...(省略)...
        满足条件时要做的事情3
    else:
        不满足条件时要做的事情1
        不满足条件时要做的事情2
        ...(省略)...
        不满足条件时要做的事情n

1.3if-elif语句

 if 判断条件1:
        满足条件1时要做的事情
elif 判断条件2:
        满足条件2时要做的事情
elif 判断条件3:
        满足条件3时要做的事情
  • 当满足判断条件1时，执行满足条件1时要做的事情，然后整个if结束；
  • 如果不满足判断条件1，那么判断是都满足条件2，如果满足判断条件2，就执行满足条件2时要做的事情，然后整个if结束
  • 当不满足判断条件1和判断条件2，如果满足判断条件3，则执行满足判断条件3时要做的事情，然后整个if结束。

1.4if嵌套

日常案例：坐车流程
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if嵌套指的是在if或者if-else语句里面包含if或者if-else。

 if 条件1:
        满足条件1 做的事情1
        满足条件1 做的事情2
        ...(省略)...
        if 条件2:
            满足条件2 做的事情1
            满足条件2 做的事情2
            ...(省略)...

2.if语句实际操作

2.1英制单位英寸与公制单位厘米互换。

value = float(input('请输入长度: '))
unit = input('请输入单位: ')
if unit == 'in' or unit == '英寸':
    print('%f英寸 = %f厘米' % (value, value * 2.54))
elif unit == 'cm' or unit == '厘米':
    print('%f厘米 = %f英寸' % (value, value / 2.54))
else:
    print('请输入有效的单位')

2.2百分制成绩转换为等级制成绩。

要求：如果输入的成绩在90分以上（含90分）输出A；80分-90分（不含90分）输出B；70分-80分（不含80分）输出C；60分-70分（不含70分）输出D；60分以下输出E。

score = float(input('请输入成绩: '))
if score >= 90:
    grade = 'A'
elif score >= 80:
    grade = 'B'
elif score >= 70:
    grade = 'C'
elif score >= 60:
    grade = 'D'
else:
    grade = 'E'
print('对应的等级是:', grade)

3.3输入三条边长，如果能构成三角形就计算周长和面积。

a = float(input('a = '))
b = float(input('b = '))
c = float(input('c = '))
if a + b > c and a + c > b and b + c > a:
    peri = a + b + c
    print(f'周长: {peri}')
    half = peri / 2
    area = (half * (half - a) * (half - b) * (half - c)) ** 0.5
    print(f'面积: {area}')
else:
    print('不能构成三角形')

二、循环结构：

我们在写程序的时候，一定会遇到需要重复执行某条指令或某些指令的场景。如果要实现每隔1秒中在屏幕上打印一次“hello, world”并持续打印一个小时，我们肯定不能够直接把print('hello, world')这句代码写3600遍，这里我们需要构造循环结构。所谓循环结构，就是程序中控制某条或某些指令重复执行的结构。Python提供了两种主要的循环结构，分别是for循环和while循环。

1.while循环

while循环语法格式：

while 条件表达式：
     条件满足，执行循环语句

条件表达式永远为true，无限循环。
如果要构造不知道具体循环次数的循环结构，我们推荐使用while循环。while循环通过一个能够产生bool值的表达式来控制循环，当表达式的值为True时则继续循环，当表达式的值为False时则结束循环。

下面我们通过一个“猜数字”的小游戏来看看如何使用while循环。猜数字游戏的规则是：计算机出一个1到100之间的随机数，玩家输入自己猜的数字，计算机给出对应的提示信息（大一点、小一点或猜对了），如果玩家猜中了数字，计算机提示用户一共猜了多少次，游戏结束，否则游戏继续。

import random

# 产生一个1-100范围的随机数
answer = random.randint(1, 100)
counter = 0
while True:
    counter += 1
    number = int(input('请输入: '))
    if number < answer:
        print('大一点')
    elif number > answer:
        print('小一点')
    else:
        print('恭喜你猜对了!')
        break
# 当退出while循环的时候显示用户一共猜了多少次
print(f'你总共猜了{counter}次')

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2.for循环

Python中的for循环可以遍历任何序列的项目：
语法格式:

for 变量 in 序列:
    循环语句

例如：

for i in [0,1,2]:   
	print(i)

考虑到我们使用的数值范围经常变化，Python提供了一个内置range()函数，它可以生成一个数字序列。
语法格式:

for i in range(start,end)：
     执行循环语句
  • 程序在执行for循环时：
  • 循环计时器变量i被设置为start；
  • 执行循环语句；
  • i 递增
  • 每设置一个新值都会执行一次循环
  • 当i等于end时，循环结束。

3.while嵌套

while嵌套指的是while循环里面还包含while循环。

 while 条件1:
        条件1满足时，做的事情1
        条件1满足时，做的事情2
        条件1满足时，做的事情3
        ...(省略)...
        while 条件2:
            条件2满足时，做的事情1
            条件2满足时，做的事情2
            条件2满足时，做的事情3
            ...(省略)...

三、Python的其他语句

1.break语句

break语句用于结束整个循环。 轮询列表变量ls，当轮询到"深"这个字时候，直接结束整个for循环，从而只打印"深"之前的"桃花潭水"：

ls=["桃","花","潭","水","深","千","尺"]
s=""
for i in ls:
    if i == "深":
        break
    s = s + i
print(s)

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我们对比一下两个程序：
第一个：

 for i in range(5):
      print("-------")
      print (i)

第二个：

i=1
for i in range(5):
     i+=1
     print("-------")
     if i==3:
         break
     print(i)

第一个是输出五次-------和数字，而第二次是循环前三次，第三次时i=3，触发break语句，结束遍历。

2.continue语句

continue的作用是用来结束本次循环，紧接着执行下一次的循环。for循环遍历字符串s，当遍历到字符等于"l"的时候，continue关键字仅仅只结束当前这一轮循环，而不会结束全部循环，所以当第三第四次遍历到"l"以后，for循环会继续遍历列表下一个字符，即"o"。所以最终纳入n=n+1统计的字符是"heoword"，一共7个。

s="helloworld"
n=0
for i in s:
    if i == "l":
        continue
    n = n + 1
print(n)

对比一下这两个语句有啥不同：
第一个：

 for i in range(5):
      print("-------")
      print i

第二个：

i=1
for i in range(5):
     i+=1
     print("-------")
     if i==3:
         continue
     print(i)

第一个就是正常输出五次-------和数字，而第二次第三次遍历因为受到continue语句影响，第三次循环中间中断，不需要打印数字，直接进行第四次循环。
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3.pass语句

pass是空语句，它是为了保持程序结构完整性。
pass语句不做任何事情，用作占位。

for letter in 'Runoob': 
   if letter == 'o':
      pass
      print ('执行 pass 块')
   print ('当前字母 :', letter)
print ("Good bye!")

4.else语句

else语句可以和循环语句结合使用，并且else语句旨在循环完成后执行。

四、嵌套的循环结构

和分支结构一样，循环结构也是可以嵌套的，也就是说在循环中还可以构造循环结构。下面的例子演示了如何通过嵌套的循环来输出一个乘法口诀表（九九表）。

for i in range(1, 10):
    for j in range(1, i + 1):
        print(f'{i}*{j}={i * j}', end='\t')
    print()

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很显然，在上面的代码中，外层循环用来控制一共会产生9行的输出，而内层循环用来控制每一行会输出多少列。内层循环中的输出就是九九表一行中的所有列，所以在内层循环完成时，有一个print()来实现换行输出的效果。

五、循环的例子

1.输入一个正整数判断它是不是素数。

提示：素数指的是只能被1和自身整除的大于1的整数。

num = int(input('请输入一个正整数: '))
end = int(num ** 0.5)
is_prime = True
for x in range(2, end + 1):
    if num % x == 0:
        is_prime = False
        break
if is_prime and num != 1:
    print(f'{num}是素数')
else:
    print(f'{num}不是素数')

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2.输入两个正整数，计算它们的最大公约数和最小公倍数。

提示：两个数的最大公约数是两个数的公共因子中最大的那个数；两个数的最小公倍数则是能够同时被两个数整除的最小的那个数。

x = int(input('x = '))
y = int(input('y = '))
for factor in range(x, 0, -1):
    if x % factor == 0 and y % factor == 0:
        print(f'{x}和{y}的最大公约数是{factor}')
        print(f'{x}和{y}的最小公倍数是{x * y // factor}')
        break

如果知道循环的次数，我们通常使用for循环；如果循环次数不能确定，可以用while循环。在循环中还可以使用break来提前结束循环。
通过合理地运用分支结构和循环结构，可以使程序按照不同条件做出相应的处理，并且重复执行特定的代码块，从而实现更加复杂和灵活的逻辑控制。这些控制结构是编写Python程序时的基础，掌握好它们能够帮助开发者编写出更加高效、功能完善的程序。

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